EP1555425B1 - Einspritzventil - Google Patents

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Publication number
EP1555425B1
EP1555425B1 EP04105636A EP04105636A EP1555425B1 EP 1555425 B1 EP1555425 B1 EP 1555425B1 EP 04105636 A EP04105636 A EP 04105636A EP 04105636 A EP04105636 A EP 04105636A EP 1555425 B1 EP1555425 B1 EP 1555425B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
nozzle needle
pressure
valve
control piston
needle
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP04105636A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1555425A1 (de
Inventor
Michael Kurz
Joachim Boltz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP1555425A1 publication Critical patent/EP1555425A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1555425B1 publication Critical patent/EP1555425B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M61/00—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00
    • F02M61/16—Details not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M61/02 - F02M61/14
    • F02M61/161—Means for adjusting injection-valve lift
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M45/00—Fuel-injection apparatus characterised by having a cyclic delivery of specific time/pressure or time/quantity relationship
    • F02M45/02—Fuel-injection apparatus characterised by having a cyclic delivery of specific time/pressure or time/quantity relationship with each cyclic delivery being separated into two or more parts
    • F02M45/04—Fuel-injection apparatus characterised by having a cyclic delivery of specific time/pressure or time/quantity relationship with each cyclic delivery being separated into two or more parts with a small initial part, e.g. initial part for partial load and initial and main part for full load
    • F02M45/08—Injectors peculiar thereto
    • F02M45/086—Having more than one injection-valve controlling discharge orifices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M47/00—Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure
    • F02M47/02—Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure of accumulator-injector type, i.e. having fuel pressure of accumulator tending to open, and fuel pressure in other chamber tending to close, injection valves and having means for periodically releasing that closing pressure
    • F02M47/027—Electrically actuated valves draining the chamber to release the closing pressure

Definitions

  • the invention is based on an injection valve of an internal combustion engine according to the closer defined in the preamble of claim 1. Art.
  • Such injection valve is from the DE 102 05 970 A1 known and used for injecting fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine.
  • A1 known injection valve comprises a valve housing in which on the one hand a nozzle module and on the other hand a valve control module is arranged.
  • the nozzle module is designed as a so-called coaxial vario nozzle and comprises an outer nozzle needle, which is guided on a valve body, and an inner nozzle needle, which is guided in the outer nozzle needle.
  • the outer nozzle needle acts together on the combustion chamber side with first injection openings or injection holes and the inner nozzle needle cooperates with second injection openings or injection holes on the combustion chamber side.
  • valve control module which controls a fluid pressure, which prevails in a valve control chamber and acts on the injection openings facing away from the end faces of the two nozzle needles or of control piston of the same.
  • the two nozzle needles experience an axial offset, the injection holes cooperating with the outer nozzle needle and possibly also the injection openings interacting with the inner nozzle needle being released as a function of the fluid pressure set in the valve control chamber.
  • valve control module To set a pressure level in the valve control chamber, this is connected on the one hand via a so-called inlet throttle with a fuel supply line and on the other hand via a so-called outlet throttle with a valve chamber of the valve control module, in which a cooperating with a valve seat valve closure member is arranged.
  • a cooperating with a valve seat valve closure member By opening the valve closure member, the valve space of the valve control module and thus also the valve control space adjoining the nozzle needles undergo pressure relief, so that the injection openings can be released.
  • An opening of the inner nozzle needle takes place in the known injection valve exclusively in dependence on the position of the valve closing member of the valve control module.
  • WO 2004/08621 discloses an injection valve having an outer and an inner valve needle, which serve to control the second rows of injection openings.
  • the inner valve needle is connected to a piston which is designed as a driver. Opens the outer valve needle, it comes into attack on the driver and thereby also opens the inner valve needle, so that depending on the stroke of the outer valve needle either open only the outer or both valve pins.
  • an injection valve in which in a bore of the valve needle, a second, inner valve needle or valve member is arranged. This is lifted at a corresponding stroke of the outer valve needle by a driver from the valve seat, so also open depending on the stroke of the outer valve needle both valve needle or only the outer.
  • the injector according to the invention may in particular be part of a common-rail injection system and serve for fuel injection into a combustion chamber of a diesel internal combustion engine of a motor vehicle.
  • the injection valve for providing the fuel delivery pressure is connected to a pressure accumulator, which forms a so-called common rail, which serves to provide the fuel delivery pressure for all injectors of the respective internal combustion engine.
  • control piston is designed as a rod with a collar forming the driver.
  • a control piston is a component with a simple geometry and can be brought into operative connection with the second nozzle needle in a simple manner.
  • a serving for actuating the driver stroke of the first nozzle needle in dependence on the fuel delivery pressure is adjustable. This can be realized, for example, by arranging a spring-elastic component between the control piston and the second nozzle needle, which can be compressed with increasing fuel delivery pressure on account of the fuel delivery pressure which acts on the end face facing away from the second nozzle needle.
  • the maximum compression of the elastic element is for example a few tenths of a millimeter.
  • this is preferably arranged in a pressure-relieved spring chamber.
  • the spring-elastic component may be, for example, a spiral spring, a planar bending element or a compression body.
  • a planar bending element or a compression body have the advantage that they can be provided in comparison to a coil spring, a small space available.
  • the injection valve 10 is shown, which is part of a so-called common-rail injection system and for injecting fuel into a combustion chamber of a diesel internal combustion engine of a motor vehicle.
  • the injection valve 10 comprises, as essential components, a nozzle module 12 and a valve control module 14, which is only shown in principle, and which is braced in the axial direction of the injection valve 10 with the nozzle module 12.
  • the valve control module 14 has a valve-like design and represents a 2/2 valve which serves to control a pressure level in a valve control chamber 16 assigned to the nozzle module 12.
  • the valve control module 14 for example, a piezoelectric actuator which acts on a arranged in a valve chamber valve closing member which separates the valve chamber from a pressure-relieved return chamber.
  • the valve control module 14 may also be actuated by means of an electromagnetic actuator.
  • the nozzle module 12 is designed as a so-called coaxial Vario nozzle and has an optionally multi-part nozzle housing 18, in which a needle unit of a first, outer nozzle needle 20 and a second inner nozzle needle 22 is arranged.
  • the outer nozzle needle 20 acts at its combustion chamber end with a first row of to the combustion chamber of the internal combustion engine leading injection openings 24 together and is guided at its end facing away from the combustion chamber over its circumference on the nozzle housing 18.
  • the inner nozzle needle 22 is guided in an axial passage 26 which extends through the outer nozzle needle 20 and interacts with its end facing the combustion chamber with a second series of injection openings or injection holes 28 leading to the combustion chamber of the internal combustion engine.
  • the outer nozzle needle 20 is further surrounded by an annular space 30, in which a fuel supply line 32 opens, which is connected to a high pressure accumulator 33 of the common rail injection system, which provides a fuel delivery pressure.
  • the high-pressure accumulator 33 is designed as a so-called common rail, which provides the fuel delivery pressure for several or all of the internal combustion engine associated injection valves, which are each designed according to the manner shown in Figure 1.
  • substantially cup-shaped sleeve 34 At the tip holes 24 facing away from the end face of the outer nozzle needle 20 is adjacent serving as an actuating element, substantially cup-shaped sleeve 34, to which in turn adjoins the valve control chamber 16.
  • the valve control chamber 16 is connected on the one hand via a so-called inlet throttle 36 to the fuel supply channel 32 and on the other hand via a so-called outlet throttle 38 with the valve chamber of the valve control module 14.
  • the inlet throttle 36 has a smaller diameter than the outlet throttle 38.
  • a first pressure stage or surface 40 is provided at the combustion chamber end thereof, and a second pressure stage or surface 42 is formed at the inner nozzle needle 22 at its combustion chamber end.
  • the inner nozzle needle 22 acts on its end faces remote from the spray holes 28 with a coil spring 44 which is also inserted into the axial bore 26 of the outer nozzle needle 20 and which is supported on a rigid disc 46 which is guided in the sleeve 34 and on the a control piston 48 acts, the second nozzle needle 22 facing away from the end face of a control chamber 50 which is formed as a transverse bore of the housing 18 and which is connected to the fuel supply line 32, so that in him the fuel delivery pressure prevails.
  • the inner nozzle needle 22 facing away from the end face of the control piston 48 is greater than the combustion chamber side arranged pressure surface 42 of the inner nozzle needle 20th
  • the coil spring 44 is arranged in a spring chamber 54, which is connected via a discharge line 56 to a return 58 of the common rail injection system.
  • the control piston 48 is cylindrical and has an annular collar 52 which serves as a driver for attacking the sleeve 34 at a stroke of the outer nozzle needle 20.
  • the cylindrical portions of the control piston 48 on both sides of the driver 52 each have the same diameter.
  • the diameter of the control piston 48 on both sides of the driver 52 should be as small and the same size be, since both diameters affect the force and thus the interpretation of the force acting on the inner nozzle needle 22 coil spring.
  • the control piston 48 passes through the sleeve 34 in its bottom region and the valve control chamber 16, in which the driver 52 is arranged.
  • the sleeve 34 has a distance a from the driver 52 which corresponds to the stroke which the outer nozzle needle 20 has to cover in order to trigger an actuation of the control piston 48 or the inner nozzle needle 22.
  • the injection valve shown in Figure 1 operates in the manner described below.
  • valve closing member of the valve control module 14 In the non-activated state, the valve closing member of the valve control module 14 is closed, so that a flow of fuel from the valve control chamber 16 via the outlet throttle 38 is blocked and in the valve control chamber 16 of the fuel supply pressure acting on the inlet throttle 36, d. H. the so-called rail pressure prevails.
  • the control chamber 50 also acts the rail pressure, which holds the inner nozzle needle 22 via the control piston 48, the disc 46 and the coil spring 44 in the closed position. The prevailing in the control chamber 50 pressure always adjusts to the current rail pressure.
  • the spring chamber 54 prevails on the discharge line 56, the so-called return pressure. This prevails in all operating conditions.
  • valve control module 14 If now the valve control module 14 is actuated, there is a relief of the valve control chamber 16 via the outlet throttle 38, whereby the outer nozzle needle 20 experiences an axial offset due to the fluid pressure acting on the outer pressure stage 40 and thus releases the injection openings 24 leading to the combustion chamber of the internal combustion engine.
  • the inner nozzle needle 20 remains closed because the pressure surface 42, acts on the case of the open outer nozzle needle 20 of the rail pressure, smaller than the projecting into the control chamber 50 end face of the control piston 48.
  • the sleeve 34 engages the driver 52 of the control piston 48, whereby with increasing needle stroke, the inner nozzle needle 22 is relieved, and indeed until the forces acting on the pressure step 42 forces greater than that from the opposite side forces are. Then the inner nozzle needle 22 opens.
  • the stroke d of the outer nozzle needle 20 is exclusively dependent on the respective upcoming rail pressure, wherein the distance d decreases with increasing rail pressure, so that the inner nozzle needle 22 opens faster.
  • valve control module 14 is brought back into blocking position, there is a closure of the outlet throttle 38, so that in the valve control chamber 16 via the inlet throttle 36 again can build up the rail pressure.
  • This causes a closing of the outer nozzle needle 20.
  • driving connection Arranged 60 which may be formed as a paragraph of the outer nozzle needle 20.
  • the control piston 48, the disk 46 and the spiral spring 44 are moved back to their initial position by the fuel delivery pressure acting on the end face of the control piston 48 facing away from the inner nozzle needle 22.
  • FIG. 2 shows an alternative embodiment of a connection of a control piston 48 to an inner nozzle needle 22 in the case of an injection valve of the type shown in more detail in FIG.
  • the end facing away from the combustion chamber of the inner nozzle needle 22 is guided in a sleeve 34 serving for actuating an outer nozzle needle.
  • a trough-shaped recess 62 is formed, which is covered by a spring-elastic component forming, planar flexure 64, which is made for example of a spring plate and on which the control piston 48 acts, which passes through the sleeve 34.
  • planar flexure 64 which is made for example of a spring plate and on which the control piston 48 acts, which passes through the sleeve 34.
  • planar bending element 64 in combination with the trough-shaped recess 62 instead of a spiral spring, a smaller space for the resilient element can be realized.
  • FIG. 3 shows a further embodiment of a coupling of an inner nozzle needle 22 to a control piston 48 in the case of an injection valve of the type shown in greater detail in FIG.
  • the coupling device of Figure 3 differs from that of Figure 2 in that as a resilient element between the inner nozzle needle 22 and the control piston 48 an existing example of an elastic plastic, in one of the control piston 48 and the inner nozzle needle 22 limited spring chamber 54 lying Compression body is arranged, which undergoes compression with an increase in the rail pressure, so that the stroke of the outer nozzle needle or the sleeve 34, in which the sleeve 34 engages a driver 52 of the control piston 48, is reduced. As the rail pressure increases, an earlier opening of the inner nozzle needle 22 takes place.

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Description

    Stand der Technik
  • Die Erfindung geht von einem Einspritzventil einer Brennkraftmaschine gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art aus.
  • Ein derartiges Einspritzventil ist aus der DE 102 05 970 A1 bekannt und dient zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine.
  • Das aus der DE 102 05 970 A1 bekannte Einspritzventil umfasst ein Ventilgehäuse, in dem einerseits ein Düsenmodul und andererseits ein Ventilsteuermodul angeordnet ist. Das Düsenmodul ist als sogenannte Koaxial-Vario-Düse ausgebildet und umfasst eine äußere Düsennadel, die an einem Ventilkörper geführt ist, sowie eine innere Düsennadel, die in der äußeren Düsennadel geführt ist. Die äußere Düsennadel wirkt brennraumseitig mit ersten Einspritzöffnungen bzw. Spritzlöchern zusammen und die innere Düsennadel wirkt brennraumseitig mit zweiten Einspritzöffnungen bzw. Spritzlöchern zusammen.
  • Die Ansteuerung der beiden Düsennadeln erfolgt mittels des Ventilsteuermoduls, das einen Fluiddruck steuert, der in einem Ventilsteuerraum herrscht und auf die den Einspritzöffnungen abgewandten Stirnflächen der beiden Düsennadeln bzw. von Steuerkolben derselben wirkt. Bei einer Druckänderung in dem Ventilsteuerraum erfahren die beiden Düsennadeln einen axialen Versatz, wobei in Abhängigkeit von dem in dem Ventilsteuerraum eingestellten Fluiddruck die mit der äußeren Düsennadel zusammenwirkenden Spritzlöcher und gegebenenfalls auch die mit der inneren Düsennadel zusammenwirkenden Einspritzöffnungen freigegeben werden.
  • Zur Einstellung eines Druckniveaus in dem Ventilsteuerraum ist dieser einerseits über eine sogenannte Zulaufdrossel mit einer Kraftstoffzufuhrleitung und andererseits über eine sogenannte Ablaufdrossel mit einem Ventilraum des Ventilsteuermoduls verbunden, in dem ein mit einem Ventilsitz zusammenwirkendes Ventilschließglied angeordnet ist. Durch Öffnen des Ventilschließglieds erfährt der Ventilraum des Ventilsteuermoduls und damit auch der an die Düsennadeln grenzende Ventilsteuerraum eine Druckentlastung, so dass die Einspritzöffnungen freigegeben werden können.
  • Eine Öffnung der inneren Düsennadel erfolgt bei dem bekannten Einspritzventil ausschließlich in Abhängigkeit von der Stellung des Ventilschließglieds des Ventilsteuermoduls.
  • Eine Einstellung eines Öffnungszeitpunkts der inneren Düsennadel in Abhängigkeit von dem Kraftstoffförderdruck ist nicht möglich.
  • In der WO 2004/08621 ist ein Einspritzventil offenbart, das einen äußere und eine innere Ventilnadel aufweist, die zur Steuerung zweiter Einspritzöffnungsreihen dienen. Die innere Ventilnadel ist dabei mit einem Kolben verbunden, der als Mitnehmer ausgebildet ist. Öffnet die äußere Ventilnadel, so kommt sie in Angriff an den Mitnehmer und öffnet dadurch auch die innere Ventilnadel, so dass je nach Hub der äußeren Ventilnadel entweder nur die äußere oder beide Ventilnadeln öffnen.
  • In der JP 2001-241370 ist ein Einspritzventil gezeigt, bei dem in einer Bohrung der Ventilnadel eine zweite, innere Ventilnadel bzw. Ventilglied angeordnet ist. Dieses wird bei einem entsprechenden Hub der äußeren Ventilnadel durch einen Mitnehmer vom Ventilsitz abgehoben, so dass ebenfalls je nach Hub der äußeren Ventilnadel beide Ventilnadel öffnen oder nur die äußere.
    • Vorteile der Erfindung
  • Das erfindungsgemäße Einspritzventil mit den Merkmalen nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1, bei welchem Einspritzventil die zweite Düsennadel mit einem Steuerkolben zusammenwirkt, dessen der zweiten Düsennadel abgewandte Stirnfläche mit dem Kraftstoffförderdruck beaufschlagt ist, wobei die Stirnfläche größer als die zweite Druckfläche der zweiten Düsennadel und an dem Steuerkolben ein Mitnehmer angeordnet ist, der zum Öffnen der zweiten Düsennadel mit der ersten Düsennadel zusammenwirkt, bietet den Vorteil einer einfachen, über den Nadelhub der ersten Düsennadel erfolgenden Ansteuerung der zweiten Düsennadel und ein Öffnen der zweiten Düsennadel ohne Beaufschlagung derselben mit dem in dem Ventilsteuerraum herrschenden Fluiddruck. Da eine Entkopplung der inneren Düsennadel und der äußeren Düsennadel hinsichtlich des in Schließrichtung wirkenden Fluiddrucks in dem Ventilsteuerraum erfolgt, ist auch ein ungewolltes Öffnen der inneren Düsennadel, insbesondere im Startfall und über den gesamten Förderdruckbereich ausgeschlossen.
  • Das Einspritzventil nach der Erfindung kann insbesondere Bestandteil eines Common-Rail-Einspritzsystems sein und zur Kraftstoffeinspritzung in einen Brennraum einer Diesel-Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges dienen. In diesem
  • Fall ist das Einspritzventil zur Bereitstellung des Kraftstoffförderdrucks mit einem Druckspeicher verbunden, der eine so genannte Common-Rail bildet, die zur Bereitstellung des Kraftstoffförderdrucks für sämtliche Einspritzventile der betreffenden Brennkraftmaschine dient.
  • Bei einer speziellen Ausführungsform des Einspritzventils nach der Erfindung ist der Steuerkolben als Stange mit einem den Mitnehmer bildenden Ringbund ausgebildet. Ein derartiger Steuerkolben stellt ein Bauteil mit einer einfachen Geometrie dar und kann auf einfache Weise mit der zweiten Düsennadel in Wirkverbindung gebracht werden.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Einspritzventils nach der Erfindung ist ein zur Betätigung des Mitnehmers dienender Hub der ersten Düsennadel in Abhängigkeit von dem Kraftstoffförderdruck einstellbar. Dies ist beispielsweise dadurch realisierbar, dass zwischen dem Steuerkolben und der zweiten Düsennadel ein federelastisches Bauelement angeordnet ist, das aufgrund des Kraftstoffförderdrucks, der auf die der zweiten Düsennadel abgewandte Stirnfläche wirkt, mit steigendem Kraftstoffförderdruck komprimierbar ist. Die maximale Kompression des federelastischen Bauelements beträgt beispielsweise einige Zehntel Millimeter. Durch die Kompression des federelastischen Bauelements erfährt der an dem Steuerkolben ausgebildete Mitnehmer einen axialen Versatz, so dass die erste Düsennadel bzw. eine Steuerhülse der ersten Düsennadel je nach Änderung des Kraftstoffförderdrucks einen geringeren oder größeren Hub ausführen muss, um an dem Mitnehmer des Steuerkolbens zur Anlage zu kommen.
  • Um eine störungsfreie Kompression des federelastischen Bauelements zu gewährleisten, ist dieses vorzugsweise in einem druckentlasteten Federraum angeordnet.
  • Das federelastische Bauelement kann beispielsweise eine Spiralfeder, ein flächiges Biegeelement oder ein Kompressionskörper sein. Ein flächiges Biegeelement oder ein Kompressionskörper haben den Vorteil, dass ihnen im Vergleich zu einer Spiralfeder ein geringer Bauraum zur Verfügung gestellt werden kann.
  • Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes nach der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Patentansprüchen entnehmbar.
    • Zeichnung
  • Drei Ausführungsbeispiele eines Einspritzventils nach der Erfindung sind in der Zeichnung schematisch vereinfacht dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen
    • Figur 1 einen Längsschnitt durch ein Einspritzventil in einer prinziphaften Darstellung;
    • Figur 2 eine alternative Anbindung einer inneren Düsennadel an einen dieser zugeordneten Steuerkolben; und
    • Figur 3 eine weitere Ausführungsform einer Anbindung einer inneren Düsennadel an einen dieser zugeordneten Steuerkolben.
    Beschreibung der Ausführungsbeispiele
  • In Figur 1 ist ein Einspritzventil 10 dargestellt, das Bestandteil eines sogenannten Common-Rail-Einspritzsystems ist und zur Einspritzung von Kraftstoff in einen Brennraum einer Diesel-Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges dient. Das Einspritzventil 10 umfasst als wesentliche Baueinheiten ein Düsenmodul 12 und ein nur prinziphaft dargestelltes Ventilsteuermodul 14, das in axialer Richtung des Einspritzventils 10 mit dem Düsenmodul 12 verspannt ist.
  • Das Ventilsteuermodul 14 ist ventilartig ausgebildet und stellt ein 2/2-Ventil dar, das zur Steuerung eines Druckniveaus in einem dem Düsenmodul 12 zugeordneten Ventilsteuerraum 16 dient. Zur Betätigung weist das Ventilsteuermodul 14 beispielsweise einen piezoelektrischen Aktor auf, der auf ein in einem Ventilraum angeordnetes Ventilschließglied wirkt, das den Ventilraum von einem druckentlasteten Rücklaufraum trennt. Alternativ kann das Ventilsteuermodul 14 auch mittels eines elektromagnetischen Aktors betätigt sein.
  • Das Düsenmodul 12 ist als sogenannte Koaxial-Vario-Düse ausgebildet und weist ein gegebenenfalls mehrteiliges Düsengehäuse 18 auf, in dem eine Nadeleinheit aus einer ersten, äußeren Düsennadel 20 und einer zweiten inneren Düsennadel 22 angeordnet ist.
  • Die äußere Düsennadel 20 wirkt an ihrem brennraumseitigen Ende mit einer ersten Reihe von zu dem Brennraum der Brennkraftmaschine führenden Einspritzöffnungen 24 zusammen und ist an ihrem dem Brennraum abgewandten Ende über ihren Umfang an dem Düsengehäuse 18 geführt. Die innere Düsennadel 22 ist in einem die äußere Düsennadel 20 durchgreifenden Axialkanal 26 geführt und wirkt mit ihrem dem Brennraum zugewandten Ende mit einer zweiten Reihe von zu dem Brennraum der Brennkraftmaschine führenden Einspritzöffnungen bzw. Spritzlöchern 28 zusammen.
  • Die äußere Düsennadel 20 ist des Weiteren von einem Ringraum 30 umschlossen, in den eine Kraftstoffzufuhrleitung 32 mündet, die mit einem Hochdruckspeicher 33 des Common-Rail-Einspritzsystems verbunden ist, der einen Kraftstoffförderdruck bereitstellt. Der Hochdruckspeicher 33 ist als sogenannte Common-Rail ausgebildet, die den Kraftstoffförderdruck für mehrere bzw. alle der Brennkraftmaschine zugeordnete Einspritzventile bereitstellt, die jeweils gemäß der in Figur 1 dargestellten Art ausgeführt sind.
  • An die den Spitzlöchern 24 abgewandte Stirnfläche der äußeren Düsennadel 20 grenzt eine als Betätigungselement dienende, im Wesentlichen umgekehrt topfförmige Hülse 34, an die wiederum der Ventilsteuerraum 16 grenzt.
  • Der Ventilsteuerraum 16 ist einerseits über eine sogenannte Zulaufdrossel 36 mit dem Kraftstoffzufuhrkanal 32 und andererseits über eine sogenannte Ablaufdrossel 38 mit dem Ventilraum des Ventilsteuermoduls 14 verbunden. Die Zulaufdrossel 36 hat einen geringeren Durchmesser als die Ablaufdrossel 38.
  • An der äußeren Düsennadel 20 ist an deren brennraumseitigen Ende eine erste Druckstufe bzw. -fläche 40 und an der inneren Düsennadel 22 ist an deren brennraumseitigen Ende eine zweite Druckstufe bzw. -fläche 42 ausgebildet.
  • Die innere Düsennadel 22 wirkt an ihrer den Spritzlöchern 28 abgewandten Stirnfläche mit einer Spiralfeder 44 zusammen, die ebenfalls in die Axialbohrung 26 der äußeren Düsennadel 20 eingeschoben ist und die sich an einer starren Scheibe 46 abstützt, die in der Hülse 34 geführt ist und auf die ein Steuerkolben 48 wirkt, dessen der zweiten Düsennadel 22 abgewandte Stirnfläche an einen Steuerraum 50 grenzt, der als Querbohrung des Gehäuses 18 ausgebildet ist und der mit der Kraftstoffzufuhrleitung 32 verbunden ist, so dass in ihm der Kraftstoffförderdruck herrscht. Die der inneren Düsennadel 22 abgewandte Stirnfläche des Steuerkolbens 48 ist größer als die brennraumseitig angeordnete Druckfläche 42 der inneren Düsennadel 20.
  • Die Spiralfeder 44 ist in einem Federraum 54 angeordnet, der über eine Entlastungsleitung 56 mit einem Rücklauf 58 des Common-Rail-Einspritzsystems verbunden ist.
  • Der Steuerkolben 48 ist zylindrisch ausgebildet und weist einen Ringbund 52 auf, der als Mitnehmer zum Angriff der Hülse 34 bei einem Hub der äußeren Düsennadel 20 dient. Die zylindrischen Bereiche des Steuerkolbens 48 beidseits des Mitnehmers 52 haben jeweils den gleichen Durchmesser.
  • Die Durchmesser der Steuerkolben 48 beidseits des Mitnehmers 52 sollten möglichst klein und gleich groß gewählt sein, da sich beide Durchmesser auf die Kraft und somit auf die Auslegung der auf die innere Düsennadel 22 wirkenden Spiralfeder auswirken.
  • Der Steuerkolben 48 durchgreift die Hülse 34 in dessen Bodenbereich sowie den Ventilsteuerraum 16, in dem auch der Mitnehmer 52 angeordnet ist. Die Hülse 34 hat von dem Mitnehmer 52 einen Abstand a, der dem Hub entspricht, den die äußere Düsennadel 20 zurücklegen muss, um eine Betätigung des Steuerkolbens 48 bzw. der inneren Düsennadel 22 auszulösen.
  • Das in Figur 1 dargestellte Einspritzventil arbeitet in nachfolgend beschriebener Weise.
  • Im nicht angesteuerten Zustand ist das Ventilschließglied des Ventilsteuermoduls 14 geschlossen, so dass ein Ablauf von Kraftstoff aus dem Ventilsteuerraum 16 über die Ablaufdrossel 38 gesperrt ist und in dem Ventilsteuerraum 16 der über die Zulaufdrossel 36 wirkende Kraftstoffförderdruck, d. h. der sogenannte Raildruck herrscht. In dem Steuerraum 50 wirkt ebenfalls der Raildruck, der die innere Düsennadel 22 über den Steuerkolben 48, die Scheibe 46 und die Spiralfeder 44 in Schließstellung hält. Der in dem Steuerraum 50 herrschende Druck stellt sich immer auf den jeweils aktuellen Raildruck ein. In dem Federraum 54 herrscht über die Entlastungsleitung 56 der sogenannte Rücklaufdruck. Dieser herrscht in allen Betriebszuständen.
  • Wenn nun das Ventilsteuermodul 14 betätigt wird, erfolgt eine Entlastung des Ventilsteuerraums 16 über die Ablaufdrossel 38, wodurch die äußere Düsennadel 20 durch den auf die äußere Druckstufe 40 wirkenden Fluiddruck einen axialen Versatz erfährt und damit die zu dem Brennraum der Brennkraftmaschine führenden Einspritzöffnungen 24 freigibt.
  • Die innere Düsennadel 20 bleibt dabei geschlossen, da die Druckfläche 42, auf die bei geöffneter äußerer Düsennadel 20 der Raildruck wirkt, kleiner als die in den Steuerraum 50 ragende Stirnfläche des Steuerkolbens 48 ist.
  • Sobald die äußere Düsennadel 20 den Hub d zurückgelegt hat, greift die Hülse 34 an dem Mitnehmer 52 des Steuerkolbens 48 an, wodurch mit zunehmendem Nadelhub die innere Düsennadel 22 entlastet wird, und zwar soweit, bis die auf die Druckstufe 42 wirkenden Kräfte größer als die von der Gegenseite wirkenden Kräfte sind. Dann öffnet die innere Düsennadel 22.
  • Der Hub d der äußeren Düsennadel 20 ist ausschließlich von dem jeweils anstehenden Raildruck abhängig, wobei sich der Abstand d mit zunehmendem Raildruck verringert, so dass die innere Düsennadel 22 schneller öffnet.
  • Wenn nun das Ventilsteuermodul 14 wieder in Sperrstellung gebracht wird, erfolgt ein Verschließen der Ablaufdrossel 38, so dass sich in dem Ventilsteuerraum 16 über die Zulaufdrossel 36 erneut der Raildruck aufbauen kann. Dies bewirkt ein Schließen der äußeren Düsennadel 20. Um ein zeitgleiches Schließen der inneren Düsennadel 22 zu bewirken, ist zwischen der inneren Düsennadel 22 und der äußeren Düsennadel 20 eine nur schematisch angedeutete Mitnahmeverbindung 60 angeordnet, die als Absatz der äußeren Düsennadel 20 ausgebildet sein kann. Der Steuerkolben 48, die Scheibe 46 und die Spiralfeder 44 werden durch den auf die der inneren Düsennadel 22 abgewandte Stirnfläche des Steuerkolbens 48 wirkenden Kraftstoffförderdruck in ihre Ausgangslage zurückgefahren.
  • In Figur 2 ist eine alternative Ausführungsform einer Anbindung eines Steuerkolbens 48 an eine innere Düsennadel 22 bei einem Einspritzventil der in Figur 1 näher dargestellten Art gezeigt. Hierbei ist das dem Brennraum abgewandte Ende der inneren Düsennadel 22 in einer zur Betätigung einer äußeren Düsennadel dienenden Hülse 34 geführt. An der Stirnfläche ist eine wannenförmige Ausnehmung 62 ausgebildet, die von einem ein federelastisches Bauelement bildenden, flächigen Biegeelement 64 überdeckt ist, das beispielsweise aus einem Federblech gefertigt ist und auf welches der Steuerkolben 48 wirkt, der die Hülse 34 durchgreift. Bei einer Erhöhung des Raildrucks erfolgt eine Deformation des in einem Federraum 54 angeordneten Biegeelements 64, das in Richtung der Ausnehmung 62 nachgibt. Dadurch verändert sich mit steigendem Kraftstoffförderdruck der Hub, bei dem die Hülse 34 an dem Mitnehmer 52 des Steuerkolbens 48 zur Anlage kommt und ein Öffnen der inneren Düsennadel 22 auslöst.
  • Durch Einsatz des flächigen Biegeelements 64 in Kombination mit der wannenförmigen Ausnehmung 62 anstelle einer Spiralfeder ist ein geringerer Bauraum für das federelastische Bauelement realisierbar.
  • In Figur 3 ist eine weitere Ausführungsform einer Ankopplung einer inneren Düsennadel 22 an einen Steuerkolben 48 bei einem Einspritzventil der in Figur 1 näher dargestellten Art gezeigt. Die Kopplungseinrichtung nach Figur 3 unterscheidet sich von der nach Figur 2 dadurch, dass als federelastisches Element zwischen der inneren Düsennadel 22 und dem Steuerkolben 48 ein beispielsweise aus einem elastischen Kunststoff bestehender, in einem von dem Steuerkolben 48 und der inneren Düsennadel 22 begrenzten Federraum 54 liegender Kompressionskörper angeordnet ist, der bei einem Anstieg des Raildrucks eine Kompression erfährt, so dass der Hub der äußeren Düsennadel bzw. der Hülse 34, bei dem die Hülse 34 an einem Mitnehmer 52 des Steuerkolbens 48 angreift, verkleinert wird. Mit steigendem Raildruck erfolgt damit ein früheres Öffnen der inneren Düsennadel 22.

Claims (6)

  1. Einspritzventil einer Brennkraftmaschine, mit einem Düsenmodul (12), in dem eine erste, mit mindestens einer ersten Einspritzöffnung (24) zusammenwirkende Düsennadel (20) und eine zweite, mit mindestens einer zweiten Einspritzöffnung (28) zusammenwirkende, in der ersten Düsennadel (20) geführte Düsennadel (22) axial verschiebbar geführt sind, und mit einem Ventilsteuermodul (14), das einen Fluiddruck steuert, der in einem Ventilsteuerraum (16) zur Ansteuerung der ersten (20) und der zweiten (22) Düsennadel herrscht, wobei an der ersten Düsennadel (20) eine erste Druckfläche (40) und an der zweiten Düsennadel (22) eine zweite Druckfläche (42) ausgebildet ist, auf welche Druckflächen (40, 42) zur Unterstützung einer Öffnung der jeweiligen Düsennadel (20, 22) ein Kraftstoffförderdruck wirkt, wobei die zweite Düsennadel (22) mit einem Steuerkolben (48) zusammenwirkt, dessen der zweiten Düsennadel (22) abgewandte Stirnfläche mit dem Kraftstoffförderdruck beaufschlagt ist, wobei die der zweiten Düsennadel (22) abgewandte Stirnfläche des Steuerkolbens (48) größer ist als die zweite Druckfläche (42) der zweiten Düsennadel (22) und an dem Steuerkolben (48) ein Mitnehmer (52) angeordnet ist, der zum Öffnen der zweiten Düsennadel (22) mit der ersten Düsennadel (20) zusammenwirkt, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerkolben (48) eine Steuerhülse (34) der ersten Düsennadel (20) und den Ventilsteuerraum (16) durchgreift, wobei die Hülse (34) bei einem Hub der ersten Düsennadel (20) als Angriff am Mitnehmer (52) dient.
  2. Einspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerkolben (48) eine Stange mit einem den Mitnehmer (52) bildenden Ringbund ist.
  3. Einspritzventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Steuerkolben (48) und der zweiten Düsennadel (22) ein federelastisches Bauelement (44, 64, 68) angeordnet ist.
  4. Einspritzventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das federelastische Bauelement (44, 64, 68) in einem druckentlasteten Federraum (54) angeordnet ist.
  5. Einspritzventil nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das federelastische Bauelement eine Spiralfeder (44), ein flächiges Biegeelement (64) oder ein Kompressionskörper (54) ist.
  6. Einspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schließen der zweiten Düsennadel (22) über eine mit der ersten Düsennadel (20) zusammenwirkende Mitnahmeverbindung (60) erfolgt.
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